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        電機絕緣在線監(jiān)測技術(shù)的應用實踐

        2020-12-23 08:43:48劉進羅仁江楊勇中國石油西南油氣田公司天然氣凈化總廠重慶401120
        化工管理 2020年35期
        關(guān)鍵詞:繞組定子絕緣

        劉進 羅仁江 楊勇(中國石油西南油氣田公司天然氣凈化總廠,重慶 401120)

        0 引言

        在工業(yè)中,交流電機廣泛應用于水泵、風機、機床、壓縮機等領(lǐng)域。近年來,隨著新能源的推廣,在風力發(fā)電、電動汽車等應用中,交流電機也起到越來越重要的作用。隨著交流電機應用的推廣,在其運行維護上投入的成本也越來越多。電機故障不僅會導致設(shè)備的損害,威脅生產(chǎn)的安全進行,而且電機故障帶來的額外停工時間也會造成大量的經(jīng)濟損失。因此,發(fā)展故障診斷和監(jiān)測技術(shù),實現(xiàn)故障預警,有著重要的應用價值。

        在交流電機故障中,常見故障類型包括定子故障、軸故障和轉(zhuǎn)子故障,而交流電機定子繞組絕緣故障占比達30%~40%。交流電機在運轉(zhuǎn)中電壓波動、頻繁啟動、停機產(chǎn)生的過電壓等,會引起繞組之間出現(xiàn)放電和爬電現(xiàn)象,從而降低繞組絕緣性能。因此對繞組絕緣強度進行實時在線監(jiān)測,提前預判定子繞組絕緣故障,實現(xiàn)預防性檢修,逐漸成為連續(xù)性生產(chǎn)企業(yè)迫切需要解決的問題。

        1 絕緣在線監(jiān)測技術(shù)工作原理

        1.1 工作原理

        將開關(guān)柜內(nèi)斷路器和接地刀閘常閉輔助觸點接入主控單元,信號監(jiān)測單元采集高壓斷路器和接地刀閘輔助觸點(常閉)狀態(tài),當控制器檢測到斷路器和接地刀閘常閉觸點處于閉合狀態(tài),控制器測量回路電源接通,延時15分鐘后,控制器發(fā)出檢測命令,通過直流信號發(fā)出器,在定子繞組和地之間注入直流電壓2500V,測量在電機定子繞組中產(chǎn)生的泄漏電流,得出不同時段交流電機定子繞組的絕緣電阻值,通過分析第15秒和第1分鐘時的絕緣電阻比值,計算出吸收比;通過分析第1分鐘和第10分鐘時的絕緣電阻比值,計算出極化指數(shù),最終在控制器上顯示電機絕緣值、極化指數(shù)、吸收比等參數(shù)。通過與預設(shè)目標值進行對比,從而判斷交流電機定子繞組絕緣介質(zhì)水平,提前發(fā)現(xiàn)定子繞組絕緣降低故障。測試結(jié)束后,裝置對地放電,保證設(shè)備本質(zhì)安全。如果在測試狀態(tài)下,現(xiàn)場電機啟動運行,控制器檢測到斷路器或接地刀閘常閉觸點狀態(tài)變?yōu)槌i_,立即發(fā)出命令,斷開真空接觸器和測試信號,自動放電,不影響電機正常啟運,如圖1所示。

        圖1 絕緣安全保護裝置接線圖

        1.2 絕緣監(jiān)測系統(tǒng)組成

        絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集單元、本地服務器和監(jiān)控平臺。數(shù)據(jù)采集單元由信號單元、帶電傳感器、單級交流真空接觸器、主控單元和監(jiān)控系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)檢測裝置安裝在10kV開關(guān)柜中,監(jiān)控電機的絕緣值、吸收比、極化指數(shù),監(jiān)測數(shù)據(jù)既可以在主控單元上就地直觀顯示和故障報警,也可以通過光纖將采集的數(shù)據(jù)傳輸至本地服務器,在本地服務器中建立數(shù)據(jù)庫,存儲每次測試數(shù)據(jù),形成歷史數(shù)據(jù)庫。通過儀表DCS組態(tài),可以在工程師站上實時顯示每臺交流電機的生命值數(shù)據(jù),同時也可以建立歷史數(shù)據(jù)報表、交流電機定子繞組絕緣值曲線圖和絕緣介質(zhì)曲線圖,疊加兩種曲線,結(jié)合大數(shù)據(jù)庫,評估交流電機剩余壽命,如圖2所示。

        圖2 絕緣監(jiān)測系統(tǒng)組成

        2 應用實踐

        2.1 現(xiàn)狀調(diào)查

        天然氣凈化廠循環(huán)水泵交流電機凈化裝置大,高壓交流電機數(shù)量多,自投入運行以來,先后多次發(fā)生交流電機定子繞組絕緣故障,在生產(chǎn)運行過程中因絕緣降低易引起相間拉弧放電,出現(xiàn)過嚴重短路故障,造成了系統(tǒng)電網(wǎng)波動,影響裝置正常生產(chǎn)。尤其是循環(huán)水系統(tǒng)水泵電機長期運行于潮濕環(huán)境中,每年大修檢查時均發(fā)現(xiàn)定子繞組中存在電暈現(xiàn)象。

        10kV電機故障主要包括機械故障和絕緣故障,投產(chǎn)以來,累計發(fā)生故障12次電機故障。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析,電機繞組故障占高壓電機故障58%,尤其是循環(huán)水泵電機繞組故障,投產(chǎn)以來累計出現(xiàn)過4次繞組絕緣不合格現(xiàn)象,其中一次還造成10kV系統(tǒng)電壓波動,凈化裝置動設(shè)備閃停。

        2.2 存在問題

        現(xiàn)有高壓電機繞組絕緣檢測手段主要每年大修檢維修中心調(diào)試班人員打開電機接線盒對電動機進行一次全面檢測,使用機械式兆歐表測量電動機繞組絕緣,從而判斷電動機的健康狀態(tài)。使用機械式兆歐表只能對繞組絕緣進行定性,不能精確測量反應繞組的重要參數(shù)(極化指數(shù)和吸收比),同時還不能實現(xiàn)實時在線連續(xù)監(jiān)測。

        現(xiàn)有監(jiān)測高壓電機繞組絕緣方式主要存在以下缺點。

        (1)故障發(fā)現(xiàn)不及時,后果較為嚴重,例如循環(huán)水泵P-3101B繞組絕緣過低,出現(xiàn)短路接地故障,引發(fā)10kV系統(tǒng)電壓波動,導致48臺低壓設(shè)備停運,影響裝置正常生產(chǎn)。

        (2)根據(jù)管理制度要求開展人工檢測,檢測次數(shù)少,不能實現(xiàn)電機繞組絕緣在線實時監(jiān)測。

        (3)人工檢測,檢維修人員需要進行停電、隔離和驗電操作,反復打開電機接線盒,拆接電機接線柱,工作量大,操作程序復雜繁瑣,同時,可能存在損壞電機接線柱風險。

        (4)檢測時人員進入到空間受限的高壓開關(guān)柜線纜室內(nèi)開展檢測作業(yè),存在觸電風險。

        2.3 新技術(shù)應用

        將真空接觸器、帶電傳感器和信號發(fā)生器安裝在現(xiàn)有10kV開關(guān)柜線纜室,將主控單元安裝在10kV開關(guān)柜二次室,從電機加熱回路取220VAC電源作為控制器電源,通過10kV真空斷路器和接地刀閘輔助觸點控制主控單元檢測回路電源接通。

        為了實時監(jiān)測交流電機定子繞組絕緣狀況(如圖3所示),在循環(huán)水泵電機配電柜中引入了絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng),將檢測設(shè)備接入其中任意一相出線電纜中,在系統(tǒng)停機時,采用單次測量方式對電機回路絕緣進行檢測,通過主控單元就地顯示電機的絕緣電阻值、吸收比和極化指數(shù)。在安裝調(diào)試過程中就發(fā)現(xiàn)了循環(huán)水泵電機絕緣過低,通過人工檢測對比,檢查發(fā)現(xiàn)因接線盒受潮導致電機回路絕緣過低,不能繼續(xù)使用,需要做絕緣加強處理,實現(xiàn)預防性檢修,有效避免了損失進一步擴大。

        圖3 電機繞組絕緣監(jiān)測趨勢圖

        2.4 取得的成果

        與使用兆歐表人工檢測電機繞組絕緣相比,在線檢測方法省去了停送電操作、打開電機接線盒,拆除高壓電纜等繁瑣的操作步驟,檢測時間大大縮短。目前檢測頻次每年由人工檢測的4次增加到48次,同時可以根據(jù)需要自行調(diào)整檢測頻次。采用絕緣在線監(jiān)測裝置實現(xiàn)電機繞組絕緣自動檢測,提升了電氣設(shè)備自動化監(jiān)測水平,不僅增加檢測頻次,同時還降低了檢測勞動強度,節(jié)約了人工檢測成本。通過實施電機繞組絕緣在線監(jiān)測,技術(shù)管理人員可以通過數(shù)據(jù)分析及時發(fā)現(xiàn)絕緣降低趨勢和實時絕緣值,提前預警,提醒技術(shù)管理人員及時安排電機維護保養(yǎng),將故障消除在萌芽狀態(tài),防止故障擴大,發(fā)展成為短路或接地故障,從而引發(fā)10kV系統(tǒng)電壓波動。保證溶液循環(huán)泵等主要動設(shè)備安全長周期運行,避免凈化裝置聯(lián)鎖停車,原料氣放空,確保川渝兩地安全平穩(wěn)供氣。

        2.5 遺留問題

        接下來,計劃將所有10kV交流電機絕緣監(jiān)測裝置采集到數(shù)據(jù)上傳至本地物聯(lián)網(wǎng)服務器,在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組態(tài)顯示,同時在手機APP中顯示,利用絕緣在線監(jiān)測裝置可以監(jiān)測每臺電機的絕緣值、吸收比、極化指數(shù),根據(jù)采集到的數(shù)據(jù),自動生成電機繞組絕緣、吸收比和極化指數(shù)趨勢圖,技術(shù)管理人員可以根據(jù)趨勢圖判斷電機絕緣狀態(tài)和絕緣介質(zhì)老化程度,通過與預設(shè)基準數(shù)值進行比較,分析判斷交流電機絕緣狀態(tài),當電機絕緣低于預設(shè)值時,系統(tǒng)自動報警,推送報警信息,提醒技術(shù)管理人員安排檢修,實現(xiàn)了故障提前預警和預防性檢修的目的。絕緣在線監(jiān)測裝置投入運行后,發(fā)現(xiàn)主控單元通訊模塊穩(wěn)定性較差。目前,一共有3套設(shè)備主控單元因控制板散熱不良,出現(xiàn)了通訊中斷故障,技術(shù)人員將與設(shè)備廠家溝通交流,共同解決通訊模塊穩(wěn)定性問題。

        3 結(jié)語

        交流電機繞組絕緣在線監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)定子繞組絕緣實時在線監(jiān)測,克服了過去使用傳統(tǒng)機械式兆歐表進行人工檢測的繁瑣程序,可以有效降低勞動強度,提供了更為及時、準確、真實、針對性更強的智能化電氣設(shè)備檢測手段,對提高電力設(shè)備運行安全水平,及時發(fā)現(xiàn)交流電機繞組故障隱患,保障凈化裝置安全平穩(wěn)運行,避免非計劃性停車有著積極的作用。隨著云技術(shù)和大數(shù)據(jù)時代的到來,絕緣監(jiān)測技術(shù)發(fā)展已進入新時代,檢測設(shè)備更智能化、小型化,不僅僅局限于單一設(shè)備檢測,而是能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)絕緣在線實時檢測、故障預警和定位,實現(xiàn)電氣設(shè)備故障數(shù)據(jù)共享,利用大數(shù)據(jù)分析絕緣監(jiān)測數(shù)據(jù),進一步提升絕緣監(jiān)測技術(shù)可靠性,真正實現(xiàn)電氣設(shè)備預防性檢修。

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